JPH06333844A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】マイクロ波入射端に真空仕切を兼ねたマイクロ
波入射窓を配置し、このマイクロ波入射端から試料方向
に管壁の口径が基本導波管より拡がった金属容器１を設
け、金属容器１内に数枚の金属製の仕切り板６を設け
て、金属容器内を数個の空間８に分け、かつ金属製の仕
切り板の位置，間隔を任意に変えられる調整手段を備
え、仕切り板６によりマイクロ波強度分布を任意に変化
させた後、マイクロ波をプラズマ生成室に導入し、電子
サイクロトロン共鳴によりプラズマを大面積で板状に試
料１２前面に生成する。 【効果】試料の均一処理が可能になり、加工する試料の
特性に合わせたプラズマを発生することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマプロセス装置に
係り、特に、マイクロ波放電により生成したプラズマを
利用し、大面積の試料に薄膜生成もしくはエッチング加
工を均一に行うプラズマプロセス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大面積の試料にプラズマ処理を施すプロ
セス装置として、マイクロ波放電を用いるものが使用さ
れており、これらは金属製放電室型と誘電体製放電室型
とに大きく分類される。

【０００３】金属製放電室型では、放電室がマイクロ波
に対して共振空洞の役目をし、用いるマイクロ波の周波
数が一定であれば、マイクロ波の共鳴波長によってその
共振空洞の寸法が決定されるため、任意にその大きさを
変えることはできない。このため均一処理できる試料の
大きさは、放電室内径以下に限定される。金属製放電室
型の公知例を図６により説明する。図６は特開平2−173
268 号公報に記載のプラズマＣＶＤ装置の模式図であ
り、かかる装置においては、マイクロ波発生器２３で発
生させたマイクロ波を導波管２４によりマイクロ波空胴
２５に伝播させ、気体導入口２６より気体を導入し、電
子サイクロトロン共鳴によって発生室２７内にプラズマ
２８を発生させる。このプラズマは外部磁場コイル２９
によって発生させた磁場に沿って基板３０に導かれ、反
応性気体と反応させて、支持台３１に載置された基板３
０上に所望の薄膜を形成させる。この公知例では、マ
イクロ波空胴２５が空胴として成り立つためには、マイ
クロ波空胴の内径を大きくすると、プラズマ発生のため
のマイクロ波取りだし口の径をマイクロ波の波長(基本
モードで１２.２cm）の半分以下程度にしなければなら
ない。このため、均一プラズマ処理の可能な試料径は、
１０cm程度である。

【０００４】また、図７は公知例で特開平1−97399号
公報に記載のプラズマＣＶＤ装置の模式図である。この
装置は、マイクロ波発生器２３で発生させたマイクロ波
をテーパ管３２で拡げてからマイクロ波空胴２５に伝播
させ、気体導入口２６より気体を導入し、電子サイクロ
トロン共鳴によって発生室２７内にプラズマ２８を発生
させる。このプラズマは外部磁場コイル２９によって発
生させた磁場に沿って基板３０に導かれ、反応性気体と
反応させて、支持台３１に載置された基板３０上に所望
の薄膜を形成させる。この公知例では、公知例と同
様にマイクロ波空胴２５の効果を高めるためにはプラズ
マの引き出し口の内径が半波長程度に制限されてしま
う。またマイクロ波のプラズマへの吸収効率をあげるた
めテーパ管３２の下部マイクロ波空胴２５の中に誘電体
３３を設け、ＴＥモードの一部をＴＭモードに変換して
いるが、誘電体３３の所でのマイクロ波の反射が大きく
なり、発生室２７内に効率良くプラズマを発生させるこ
とができない。

【０００５】誘電体製放電室型の場合には、円筒形導波
管の内部に設置された石英等の材料で製作されたベルジ
ャ放電管内にプラズマが発生される。従って、大面積処
理を行うためにプラズマ径を大きくすると、強度的安全
性の観点から石英等のベルジャの板厚を厚くする必要が
あり、マイクロ波の反射率の増大，放電管のコスト高、
また、円筒形導波管の外部に設置された磁場発生用コイ
ル、及びその電源容量が増大するため省エネルギおよび
コスト面で不経済である等の問題がある。

【０００６】以上の従来技術に対して、マイクロ波入射
端の口径をその外側に設置する導波管の最小径（マイク
ロ波の遮断周波数より決まる）と同程度として、そのマ
イクロ波入射端に真空仕切を兼ねたマイクロ波入射窓を
設け、このマイクロ波入射端から試料方向に管壁の口径
が次第に拡がる真空容器を設け、その真空容器のマイク
ロ波入射端と反対側の端に真空仕切を兼ねた誘電体板を
試料に近接して平行に設けることにより大口径均一加工
を達成することができる。例えば、緻密な窒化膜ＳｉＮ
を堆積させる場合は高パワーのマイクロ波を用いて、均
一に加工することが可能である。しかし生成させる薄膜
には多数種あり、ａ−Ｓｉの薄膜を生成する場合、高パ
ワーのマイクロ波では堆積物が微結晶化するため低パワ
ーのマイクロ波を用いるが、この場合中央部での堆積分
布がピークするという問題点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では供給され
るマイクロ波のパワーに依存して、マイクロ波の放電管
径方向の強度分布が不均一になり、マイクロ波の共鳴作
用により生成されるプラズマ、ひいては薄膜の径方向分
布が不均一になるという問題があった。

【０００８】マイクロ波放電の場合、プラズマは磁場と
マイクロ波の相互作用、すなわち、電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）により生成される。そのため、大口径，
均一プラズマの生成、ひいては大口径試料を均一に処理
するためには、ＥＣＲ位置でのマイクロ波強度分布を一
様にする必要がある。ところがマイクロ波を導波管や円
錐形状の金属製の容器内を電播させた場合、マイクロ波
の強度分布は、必然的に中央が強くなる。そのためＥＣ
Ｒで生成されるプラズマ密度分布も、中央で高くなる。
但し、プラズマの密度分布はマイクロ波パワーによって
も変化する。例えば、マイクロ波パワーを充分大きくす
ると、プラズマ生成が飽和するため、プラズマの分布は
均一になる傾向にある。一方マイクロ波パワーが小さい
と、マイクロ波の径方向の不均一の効果が、プラズマ密
度分布に顕著に現われる。マイクロ波パワーに対する条
件は、加工する試料の種類によって異なる。例えば、液
晶や太陽電池に用いられるａ−Ｓｉ（アモルファスシリ
コン）薄膜作成の場合、薄膜の均一性向上のために高パ
ワー放電を行うと、ａ−Ｓｉが微結晶化して所定の移動
度，膜質を達成することができない。そこで低パワー放
電を行うと、現行の技術では生成されるプラズマの密度
分布が中央で高いため、形成される薄膜の膜厚分布が不
均一となる。

【０００９】本発明の目的は、生成されるプラズマの径
方向分布、ひいては薄膜堆積量、もしくはエッチング量
の径方向分布を均一にすることのできるプラズマプロセ
ス装置を提供することにある。

【００１０】また、加工試料の特性に応じたプラズマを
発生させて処理することのできるプラズマプロセス装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はマイクロ波入射端に真空仕切を兼ねたマイ
クロ波入射窓を設け、このマイクロ波入射端から試料方
向に管壁の口径が基本導波管より拡がった金属容器を設
け、その金属容器のマイクロ波入射端と反対側のマイク
ロ波導入口に真空仕切を兼ねた誘電体板を試料に近接し
て平行に設け、かつ金属容器内に数枚の金属製の仕切り
板を設けて、金属容器内を数個の空間に分け、金属容器
内を伝播するマイクロ波を仕切り板によって分割した
後、マイクロ波をプラズマ生成室に供給する。その際、
数枚の金属製の仕切り板の位置，間隔を任意に変えられ
ることで、プラズマ生成室に供給されるマイクロ波の強
度分布を加工試料の特性に応じて変えることで達成され
る。

【００１２】

【作用】一般に、磁場中のマイクロ波放電によるプラズ
マは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）磁場位置で効
率良く電離生成される。ＥＣＲ位置で生成されるプラズ
マ密度の空間分布は、マイクロ波の電界強度の二乗に比
例するため、大口径均一プラズマを効率良く生成するた
めには、ＥＣＲ位置でのマイクロ波電界強度分布を一様
にする必要がある。

【００１３】マイクロ波パワーは一般に中央が高く、周
辺が低くなる。そこで金属容器内に設けた数枚の金属製
の仕切り板で仕切られた数個の空間にマイクロ波を伝播
させることにより、マイクロ波パワーを分割する。この
原理を図３に示す。マイクロ波の分割は、非金属製のね
じを金属製の仕切り板に取付け、ねじの出し入れで仕切
り板の位置，間隔を可変とする。各空間のプラズマ生成
室側に供給されるマイクロ波の強度分布を均一にするた
めには、マイクロ波パワーの大きい所にある空間の入口
開口部をマイクロ波パワーの小さい所の空間の開口部よ
り小さくなるように仕切り板を調整する。その際、マイ
クロ波は図４に示すように、一般に特定の偏向方向を持
って伝播するため、仕切り板によってマイクロ波は一部
反射されるが、仕切り板の面を電界方向に垂直になるよ
うにすれば反射波を低減することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。

【００１５】図１は磁場中のマイクロ波放電プラズマを
利用して、試料表面に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置に
本発明を適用した例である。マイクロ波、例えば２.４
５GHzのマイクロ波３を、石英窓４で真空封じされた導
波管１４により先の拡がった矩形断面状金属容器１に導
入される。マイクロ波３は金属容器１内部を伝播するに
従い、その電界分布が拡げられ、真空封じを兼ねた大口
径誘電体窓５を透過して試料１３方向に伝播する。金属
容器内部は、真空排気口１１により真空排気，減圧され
大口径誘電体窓５へかかる真空力が低減される。磁場コ
イル７はプラズマ生成室２の外側に設置され、プラズマ
生成室２内部に設けられた試料支持台１３上の試料１２
前面に設定されたＥＣＲ位置において電子サイクロトロ
ン共鳴の起こる磁場強度８７５Ｇを発生する。プラズマ
生成室２内部は真空排気され材料ガスをガス導入口１２
から供給することにより、磁場強度８７５Ｇの位置にお
いて電子サイクロトロン共鳴により材料ガスがプラズマ
化され、磁力線に沿って試料１２方向に流れ成膜が行わ
れる。数枚の金属製の仕切り板で金属容器内を複数の空
間に仕切り、仕切り板調整手段９で仕切り板の位置，間
隔を変化させることで各空間８に供給されるマイクロ波
パワーを調節し、プラズマ生成室２に供給されるマイク
ロ波分布を任意の形にする。

【００１６】図２は本発明の他の実施例を示し、図１に
おける矩形断面状金属容器１に代えてテーパ状に先の拡
がった円錐状金属容器１６を用いた場合を示したもの
で、この円錐状金属容器１６内を伝播するマイクロ波の
電界方向に仕切り板６の面が可能な限り垂直となるよう
に設置する。仕切り板調整手段９で仕切り板の位置，間
隔を変化させることで各空間８に供給されるマイクロ波
パワーを調節し、これにより加工する試料の特性に合わ
せたプラズマを発生する機能を備えたプラズマプロセス
装置である。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、必然的に中央部の強度
が大きくなるマイクロ波を、本発明により反射を増やす
ことなくその中央部の強度を弱め、均一なマイクロ波を
生成させ、マイクロ波と磁場の相互作用（ＥＣＲ）によ
り生成されるプラズマを均一にすることにより、試料の
均一処理が可能になる。またマイクロ波の分布を任意に
変化させる手段を備えたことにより、加工する試料の特
性に合わせたプラズマを発生する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプラズマプロセス装置
の断面図。

【図２】本発明の他の実施例を示すプラズマプロセス装
置の断面図。

【図３】マイクロ波分布制御方法の原理説明図。

【図４】マイクロ波の特性の説明図。

【図５】プラズマ密度分布の仕切り板間隔依存性を示す
説明図。

【図６】マイクロ波を用いた従来の第一プラズマプロセ
ス装置の断面図。

【図７】マイクロ波を用いた従来の第二プラズマプロセ
ス装置の断面図。

【符号の説明】

１…金属製容器、２…プラズマ生成室、３…マイクロ
波、４…石英窓、５…大口径誘電体窓、６…仕切り板、
７…磁場コイル、８…空間、９…仕切り板調整手段、１
０…プラズマ、１１…真空排気口、１２…試料、１３…
試料台、１４…導波管、１５…ＥＣＲ位置、１６…円錐
状金属製容器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電ガスが導入され、プラズマを生成する
   プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室に磁場を発生す
   る磁場発生手段と前記プラズマ生成室にマイクロ波を導
   入する際に真空仕切された導波管を介して矩形状金属容
   器を設け、先端部の開口径を拡げたマイクロ波導入手段
   と、前記マイクロ波と前記プラズマ生成室内の磁場の共
   鳴作用により生成したマイクロ波放電プラズマを利用
   し、前記プラズマ生成室内に設置された試料をプラズマ
   処理する手段を備えたプラズマプロセス装置において、
   前記真空仕切された矩形状金属容器内に、数枚の金属性
   の仕切り板を設け、前記矩形状金属容器内を数個の空間
   に仕切り、前記金属性の仕切り板の位置，間隔を任意に
   変えられる制御手段を設け、各空間の出口のマイクロ波
   出力を任意に制御することにより、前記プラズマ生成室
   に導入されるマイクロ波強度分布を可変とし、前記試料
   の近傍に任意の分布でプラズマを発生させることを特徴
   とするプラズマプロセス装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記矩形状金属容器の
   代わりに円錐状金属容器とし、前記円錐状金属容器内に
   湾曲した数枚の金属性の仕切り板を設置し、前記金属性
   の仕切り板の位置，間隔を任意に変えられる制御手段を
   設け、各空間の出口のマイクロ波出力を任意に制御する
   ことにより、前記プラズマ生成室に導入されるマイクロ
   波強度分布を可変とし、前記試料の近傍に任意の分布で
   プラズマを発生させるプラズマプロセス装置。